专利名称：：一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种钢及其制造方法。技术背景在本发明前，中国专利公开号CN98807689.6、CN96190145.4分别公开了"超低温軔性优异的可焊接的超高强度钢"和"具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢"，所涉及钢的Ni含量范围为0.2~1.0/，低温冲击试验温度为-4(TC。又有如日本专利JP592643201公开了"一种低温用高强度钢板的生产方法"，通过对含1.0~4.0%Ni的低合金钢进行热轧、冷却、热处理，获得了优异的-4(TC时低温韧性。上述专利的低温冲击试验温度均只有-40°C。
发明内容本发明的目的是提供一种高韧性-iio。c低温钢及其制造方法，能克服已有技术之不足，还提高了低温韧性储备；釆用可行的生产工艺，适合大生产操作，获得稳定而且优良的-iio'c低温韧性。所述目的是通过如下方案实现的一种高韧性-ll(TC低温钢，是由下述重量百分比的成分组成CO.02~0.12，Si0.10-0.35,Mn0.30-0.80,P《0.015，S《0.010,Ni3.20~3.80,Ti0.005-0.05,A10.005~0.10,此外还含有Nb《0.050,V<0.10，CiK2.0,Mo<0.50，Zr《0.040，RE<0.020中的两种或两种以上，余量为Fe。在上述成分中，优选釆用下述重量比例的一种或多种成分C0.032~0.069,Si0.13~0.23,Mn0.59~0.77，P0.008，S0.005~0.007，Ni3.22-3.48,Ti0.017-0.033,A10.028~0.037，Cu0.20,RE0.0017。还可以优选采用下述重量比例的一种或多种成分C0.05~0.117,Si0.18~0.34，Mn0.32~0.62,P0.009，S0.006,Ni3.35~3.75,Ti0.009~0.025，A10.011~0.032，Nb0.024，V0.041,Zr0.005,RE0.0002。以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Ni、Ti、Al、Nb、V、Cu、Mo、Zr、RE限定量的理由。C在钢中以间隙原子存在，能非常有效地提高钢材强度，所以下限是0.02%;但是，随着碳含量增加，钢材的延伸率和冲击韧性下降，尤其是低温軔性下降的幅度更大，考虑到本发明的目的是制造高韧性低温钢，同时，为兼顾钢材的焊接性，因而希望C含量低，所以C含量上限是0.1/。。Si是为钢水预脱氧而添加的，能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度，但Si含量不宜高，以免降低钢的韧性，所以其含量范围为0.10~0.35°/。。Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的元素，在低碳低合金高强度钢中，均添加适量Mn以提高钢材的强度，添加0.30%以上是必要的；但Mn含量高时因钢的过热敏感性增大，在稍有过热的情况下，晶粒就发生粗化，还增加回火脆性，所以上限是0.80%。P含量越少越好，但是工业生产中使P含量降低需要很高成本，所以上限是0.015%。s含量过高则使钢材具有各向异性且韧性降低，所以上限是0.010%。Ni能与铁以任何比例互溶，通过细化铁素体晶粒改善钢的低温韧性，并具有明显降低冷脆转变温度的作用，对于-10rC低温钢，3.20%的Ni含量是必须的；但含量过高易造成钢板氧化皮难以脱落，故上限控制在3.80%。Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，形成的TiN、Ti(CN)等粒子非常稳定，能有效地钉扎晶界，阻止Y晶粒长大，因而能够细化晶粒，提高钢材的强度和低温軔性，添加Ti时O.005%是下限；添加量过多则生成碳化物(TiC),使低温韧性降低，因此上限宜为O.05%。Al是钢中的主要脱氧元素，一定含量的Al还能细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性；但A1含量过高易导致钢中夹杂增多，对钢材的低温韧性不利，因此，Al含量的限定范围为0.005-0.10%。Nb是一种强碳化物形成元素，在钢中形成的NbC、Nb(CN)等第二相质点，可阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，提高钢材的强度和低温韧性；但Nb含量过高易产生晶间裂紋，故其含量控制在0.050%以下。V也是一种强碳化物形成元素，在钢中形成的VC、V(CN)等第二相质点，能细化晶粒，提高钢材的强度和低温韧性；但v含量过高时，降低钢的焊接性，故其含量限制在o.ioy。以下。Cu在钢中主要起沉淀强化作用，还有利于获得良好的低温韧性，提高钢材的抗疲劳裂紋扩展能力；当Cu含量过高时，钢板在轧制过程中极易产生网裂，故其含量限制在2.0%以下。Mo是有效提高钢材回火稳定性的元素，还能提高钢材的强度，提髙钢材的抗氢脆能力；如果添加量过高，将导致钢材的辆性下降，故其含量限制在O.50%以下。Zr含量在0.005%时，RE添加量在约200g/吨时，均有助于提高钢的纯净度，从而提高钢材的低温韧性。本发明同时提供一种高軔性-110°C低温钢的制造方法，釆用铁水脱硫技术，转炉顶底吹炼，真空深处理及成分微调，按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理，其特征在于铸坯表面涂敷防氧化涂料，钢的开轧温度^IIO(TC，控轧累计压下率>57%,末三道每道次压下率>8%，终轧温度780~890°C;釆用正火或正火+回火处理，正火保温温度为790~880°C，保温时间为3050分钟十板厚(mm)xl分钟/mm，回火保温温度590~680°C,保温时间为45~65分钟十板厚(mm)xl分钟/mm。本发明具有如下优点1.本发明钢采用了微合金化处理，钢中的夹杂物是细小的氧化物夹杂，钢质纯净，为获得稳定而且优良的低温韧性奠定了基础。2.釆用正火或正火+回火热处理工艺，组织稳定，因而本发明钢具有稳定而且优良的-110"C低温韧性。3.实际应用中，可以釆用低合金钢生产设备生产本发明钢，因此本发明钢的生产工艺具有良好的适应性，降低了生产成本，适应大生产要求。4.本发明钢最适合作为低温球罐、储罐和高寒地区使用的工程机械用钢。5.本发明所述生产工艺简单，成本低廉，在各冶金企业均可实施，利于推广应用。图1是没有进行微合金化处理-ll(TC低温軔性钢中的硅酸盐夹杂物(C3.5)(比较钢)的放大照片；图2是微合金化处理-ll(TC低温軔性钢中的氧化物夹杂物(D0.5)(本发明钢)的放大照片；图3是本发明钢1与比较钢的低温辆性比较曲线图。具体实施方式下面结合附图说细阐述本发明优选的实施方式。按照本发明钢成分要求，在真空感应电炉冶炼了三批本发明的钢，将铸坯表面涂敷防氧化涂料后，加热到126(TC出炉轧制，开轧温度分别为1100。C、115(TC、120(TC,累计压下率58~77%,末三道每道次压下率为8~16%，终轧温度分别为780、830、890°C。轧制钢板厚度分别14、26、34隨。正火温度分别为790、830、88(TC,正火保温时间分别为44、66、84分钟，回火温度分别为590、635、68(TC，回火保温时间分别为59、81、"分钟，随后对三种钢板进行了力学性能试验，测试了强度、塑性和系列温度冲击韧性，并与相应的比较钢做了对比，还比较了比较钢与本发明钢中的夹杂物类型及级别。比较钢与本发明钢中的夹杂物比较见图1和图2,低温冲击韦刃性比较见图3，力学性能数据见表1。表1发明钢与对比钢的化学成分和HAZ冲击韧性对比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表1及图1、图2对比可见，本发明的钢在成分设计上釆用了Nb-V-Ti-Mo-Cu处理，钢质纯净，钢中的夹杂物由粗大的硅酸盐变质为细小的氧化物夹杂，再经过正火+回火处理，组织均匀而稳定，从而确保本发明钢具有稳定而且优良的低温韧性。本发明钢的强度和塑性都高于对比钢，尤其是本发明钢的-110。CAKV值大大高于对比钢，是对比钢的3~6倍。权利要求1.一种高韧性-110℃低温钢，其特征在于是由下述重量百分比的成分组成C0.02～0.12，Si0.10～0.35，Mn0.30～0.80，P≤0.015，S≤0.010，Ni3.20～3.80，Ti0.005～0.05，Al0.005～0.10，此外还含有Nb≤0.050，V≤0.10，Cu≤2.0，Mo≤0.50，Zr≤0.040，RE≤0.020中的两种或两种以上，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的高軔性-11(TC低温钢，其特征在于釆用下述重量比例的一种或多种成分C0.032~0.069,Si0.13~0,23,Mn0.59~0.77，P0.008,S0.005~0.007，Ni3.22-3.48,Ti0.017-0.033，A10.028~0.037，Cu0.20,RE0,0017。3.根据权利要求1所述的高軔性-ll(TC低温钢，其特征在于釆用下述重量比例的一种或多种成分C0.05~0.117，Si0.18~0.34，Mn0.32~0.62,P0.009,S0.006，Ni3.35~3.75,Ti0.009~0.025,A10.Oil~0.032，Nb0.024，V0.041,Zr0.005,RE0.0002。4.一种高韧性-ll(TC低温钢的制造方法，其特征在于釆用铁水脱硫技术，转炉顶底吹炼，真空深处理及成分微调，按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理，其特征在于铸坯表面涂敷防氧化涂料，钢的开轧温度^IIO(TC，控轧累计压下率>57%,末三道每道次压下率>8%，终轧温度780~89(TC;釆用正火或正火+回火处理，正火保温温度为790~880°C,保温时间为3050分钟十板厚(mm)xl分钟/mm,回火保温温度~680°C,保温时间为4565分钟十板厚(mm)xl分钟/mm。全文摘要本发明提供一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法，所述钢是由下述重量百分比的成分组成C0.02～0.12，Si0.10～0.35，Mn0.30～0.80，P≤0.015，S≤0.010，Ni3.20～3.80，Ti0.005～0.05，Al0.005～0.10，此外还含有Nb≤0.050，V≤0.10，Cu≤2.0，Mo≤0.50，Zr≤0.040，RE≤0.020中的两种或两种以上，余量为Fe。所述制造方法是在铸坯表面涂敷防氧化涂料，控制适当的钢的开轧温度、控轧累计压下率、末三道每道次压下率、终轧温度、正火保温温度、保温时间、回火保温温度等工艺参数，具有钢质纯净、组织稳定、具有稳定而且优良的-110℃低温韧性的优点，且工艺简单，成本低廉，利于推广应用。文档编号C22C38/16GK101235466SQ200810046958公开日2008年8月6日申请日期2008年2月28日优先权日2008年2月28日发明者丁庆丰,习天辉,刘吉斌,刘继雄,勇卜,李建华,柳志敏,段东明,童明伟,董中波,郭爱民,晓陈申请人:武汉钢铁(集团)公司